您现在的位置:首页 > 关于我们 > 行业资讯

我们的服务

行业资讯

扫描电镜前沿技术:四维电子能量损失谱

   扫描电镜前沿技术:四维电子能量损失谱

  声子是凝聚态物质中*常见的准粒子之一,它描述了晶格振动的集体行为。声子在凝聚态体系的热学、光学、电学、力学等性质中起着重要作用:大部分材料中声子的结构决定了其热容、热传输等行为,因此热电材料、热管理材料主要就是利用缺陷工程来调控声子结构;极性材料中声子与光的耦合作用能够会产生声子极化激元,基于该作用能够实现对光的操纵、光芯片的设计等;材料的导电能力严重依赖于声子对电子的散射作用,甚至在解释常规超导体的BCS理论中电-声相互作用是库珀对电子存在的关键。声子虽然是描述集体激发的准粒子,但在微观上它仍然具有局域的特征,这就是为什么固体物理中利用双原子链模型来推导声子色散的时候,最近邻近似就能够对声子结构给出足够合理的数学描述。那么问题是,如何来测量局域声子结构?

  完整的声子结构是由三维动量空间的声子色散来描述的。非弹性中子散射、X射线散射等手段是测量声子色散的主要手段,但是它们基本不具备空间分辨率,只能测量宏观块体材料的声子色散。针尖增强拉曼散射、红外吸收等光学方法虽然可以有效提高空间分辨率,但是由于光子的动量太小,通常比晶体布里渊区小两个量级,因此不具有足够的动量探测范围。扫描隧道显微镜的扫描隧道谱既具有高空间分辨率、又具有大动量转移,但是不具备动量分辨率,无法在纳米尺度上得到声子的色散行为。为了探测单个纳米结构的局域声子色散,必须同时实现纳米级空间分辨率、足够的动量探测范围和分辨率、毫电子伏特级能量分辨率、极高的探测灵敏度,这些是目前实验手段无法兼顾的。

  北京大学物理学院高鹏研究团队与合作者基于扫描透射电子显微镜发展了四维电子能量损失谱技术(4D-EELS),首次实现了对单个纳米结构中不同位置的声子色散测量,绘制了纳米分辨的色散地图。如图一所示,在衍射平面上利用狭缝光阑收集散射后的电子,可以并行采集具有不同动量转移的声子谱,这大大提高了数据采集效率,使得在空间上进行二维扫描的同时记录不同位置处的色散关系成为可能。四维电子能量损失谱包含两个空间维度、一个动量维度和一个能量维度,可以从中提取位置依赖的声子色散关系,包含极丰富的信息。这一技术的动量转移范围覆盖多个布里渊区,灵敏度足以探测单个纳米结构的信号,且空间分辨率和动量分辨率可以根据需要调节至*佳平衡。作为该方法的一个特例,利用布里渊区中心散射信号(小动量转移范围)可以研究声子极化激元行为。另外一个特例是在大汇聚角下收集全部散射信号,实现原子分辨的声子谱测量。这些方法为纳米尺度声子的实验研究提供了有力工具。

蔡司扫描电镜

  图一:4D-EELS原理图。a.电子束来选择实空间位置(X-Y),在对应的焦平面上利用狭缝光阑选择适当的动量方向来测量不同位置的声子色散谱(w-q)。结合电子束在空间位置的扫描得到4D-EELS用于绘制声子色散地图。b.典型的电子衍射谱与各种光阑的关系。红色的狭缝光阑用于采集局域声子色散;绿色的小光阑只收集零动量点的偶极散射用于声子极化激元测量;蓝色环形光阑用于采集原子分辨振动谱。

昆山友硕新材料有限公司 版权所有 备案号:苏ICP备13044175号-15
地址:昆山市春晖路嘉裕广场1幢1001室
全国服务热线:15262626897 座机:0512-50369657 传真:0512-57566118

扫一扫